ES2262615T3 - Procedimiento de fabricacion de elementos compuestos de estaño-tungsteno de poco espesor. - Google Patents
Procedimiento de fabricacion de elementos compuestos de estaño-tungsteno de poco espesor.Info
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Abstract
Procedimiento de fabricación de elementos compuestos de estaño-tungsteno que tienen un espesor comprendido entre 1 mm y 6 mm a partir de una mezcla de polvos de estaño y tungsteno, caracterizado por: - extruir directamente la mezcla de polvos, en estado sólido, en un hilo cuyo espesor está comprendido entre 1 mm y 6 mm, - ser inferior o igual la velocidad de hilado a 80 mm/s y - cortar el hilo obtenido en trozos que son luego matrizados para obtener la forma buscada.
Description
Procedimiento de fabricación de elementos
compuestos de estaño-tungsteno de poco espesor.
La presente invención se sitúa en el campo de la
caza y de la pesca y más concretamente tiene por objeto un nuevo
procedimiento de fabricación de elementos compuestos de
estaño-tungsteno de poco espesor, especialmente de
fabricación de granalla esférica para cartuchos de caza o para
plomos de pesca.
Es conocida, en el estado de la técnica, la
utilización de dicha granalla no tóxica en substitución de la
granalla de plomo.
La Patente EE.UU. 5.877.437 describe, por
ejemplo, granalla esférica compuesta de
estaño-tungsteno para cartuchos de caza,
presentándose en forma de matriz de estaño maleable que contiene, de
forma uniformemente repartida, polvo de tungsteno como carga.
La Patente EE.UU. 5.950.064 describe un
procedimiento de obtención de granalla compuesta sin plomo para
unión en fase líquida de los constituyentes.
Según un primer procedimiento, la granalla puede
ser obtenida por dispersión de polvo de tungsteno en estaño fundido
y formación después de gotas a través de aberturas calibradas en la
cima de una torre. Se provoca entonces la caída de estas gotas en
aire o agua, lo que permite obtener, por enfriamiento, la granalla
esférica.
Según un segundo procedimiento, la granalla
puede ser obtenida por vaciado de la dispersión de polvo de
tungsteno en estaño fundido, pero dicho procedimiento es muy oneroso
para la obtención de granalla y está más adaptado a la obtención de
proyectiles o de objetos más voluminosos.
Además, estos procedimientos de fusión son
delicados de utilizar, puesto que es difícil obtener un reparto
homogéneo del tungsteno en polvo en la matriz de estaño,
especialmente por no estar "mojado" el tungsteno por el estaño
fundido.
Presentan además el inconveniente de conllevar
una disminución de la maleabilidad de la matriz de estaño y la
aparición de soldadura del polvo de tungsteno, lo que conduce a un
aumento indeseable de la dureza del material.
Según un tercer procedimiento, se compacta a
alta presión en un molde una mezcla de polvos de estaño y de
tungsteno a una temperatura inferior al punto de fusión del
estaño.
Es así posible realizar proyectiles de varios
gramos (balas) convenientes para armas rayadas de hombro o de puño,
pero el procedimiento es demasiado costoso para la obtención de
elementos de poco espesor, tales como granalla.
La patente EE.UU. 5.399.187 describe además la
obtención de balas compuestas que pueden estar constituidas por una
matriz de estaño cargada de polvo de tungsteno.
Para las matrices de metal dúctil, tal como el
estaño, las balas pueden ser obtenidas por mezcla de polvos
metálicos, seguida de una compactación en barras o tarugos que se
extruyen luego en hilos. Las balas son entonces obtenidas por
forjado de los hilos con ayuda de punzones.
Se ve, sin embargo, que si se intenta trefilar,
según una técnica habitual de estiramiento de los hilos de estaño,
una hebra de un 10-20 mm de diámetro en compuesto de
estaño-tungsteno para reducir el diámetro y obtener
un hilo de un diámetro comprendido entre 1 y 6 mm, se constatan
numerosos desgarros a nivel de la interfase estaño/tungsteno y la
ruptura del hilo.
El experto en la técnica va, pues, a la búsqueda
de un procedimiento simple y poco oneroso de fabricación de
elementos compuestos de estaño-tungsteno de poco
espesor (1 a 6 mm aproximadamente), tales como granalla esférica
para cartuchos de caza o para plomos de pesca.
La presente invención tiene por objeto dicho
procedimiento.
Se ha descubierto, de forma inesperada, que se
podía, por simple extrusión de una mezcla en estado sólido de polvos
de estaño y de tungsteno, obtener directamente, sin etapa intermedia
de trefilado y/o de obtención de barras o tarugos, un hilo cuyo
espesor está comprendido entre 1 mm y 6 mm que presenta una
resistencia mecánica satisfactoria, sin desgarros a nivel de la
interfase estaño/tungsteno, a condición de que la velocidad de
hilado sea inferior o igual a 80 mm/s.
Para obtener los elementos compuestos buscados,
el hilo obtenido puede ser cortado en trozos, que son luego
matrizados a la forma deseada con ayuda de máquinas bien conocidas
por el experto en la técnica para ejercer tal función.
Tal procedimiento es particularmente simple y
poco oneroso.
Permite además, especialmente por la ausencia de
una etapa de fusión del estaño, conservar la maleabilidad de la
matriz de estaño y obtener un reparto homogéneo del polvo de
tungsteno en la matriz.
Según la invención, la mezcla del polvo de
estaño y del polvo de tungsteno es directamente extruida, en estado
sólido, en un hilo cuyo espesor está comprendido entre 1 mm y 6 mm,
preferiblemente comprendido entre 2 mm y 4 mm, incluidos los
límites, especialmente cuando la sección del hilo es circular, lo
que es igualmente preferido.
La sección del hilo puede, sin embargo, ser
cualquiera, especialmente elíptica, cuadrada, triangular,
rectangular o poligonal.
Por "directamente", hace falta entender que
el paso de la mezcla de los polvos al hilo se hace sin etapa
intermedia, especialmente sin obtención intermedia de tarugos o de
hebras de diámetro elevado, superior, por ejemplo, a 8 mm, y sin
operación intermedia de trefilado.
Por "extruido", hay entender de forma
clásica que la mezcla de polvos es empujada a través de una hilera.
El término "hilado" es sinónimo de "extrusión".
Por "estado sólido", hay que entender que
la mezcla de polvos de estaño y de tungsteno es extruida a una
temperatura inferior a la temperatura de fusión del estaño.
De forma preferida, la mezcla es extruida a una
temperatura comprendida entre 170ºC y 225ºC, mejor aún entre 190ºC y
220ºC, incluidos los límites.
Según el procedimiento objeto de la presente
invención, se mezcla primeramente, en las proporciones necesarias
para alcanzar la densidad deseada, con ayuda de una mezcladora
apropiada, polvo de tungsteno y polvo de estaño, estando comprendida
la granulometría de los polvos preferiblemente en el margen de 1
\mum-200 \mum y mejor aún en el margen de 10
\mum-50 \mum.
La razón ponderal estaño/tungsteno está
preferiblemente comprendida entre 0,5 y 2,0, mejor aún entre 0,7 y
1,5. Se obtienen así elementos compuestos, especialmente granalla,
que tienen una densidad aproximadamente comprendida entre 9 y
12,5.
La extrusión de la mezcla de polvos puede ser
entonces realizada de forma continua, alimentando regularmente un
extrusor adaptado a este tipo de operación, o, lo cual resulta
preferido, de manera discontinua.
Según esta variante discontinua preferida, se
introduce la mezcla de los polvos en el contenedor de extrusión
(recipiente de prensa) de un extrusor adaptado a este tipo de
operación y que incluye también, y de forma habitual, una o varias
boquillas calibradas de salida (hilera), un pistón cuya geometría
está adaptada a la del contenedor, permitiendo ejercer un empuje de
la mezcla de polvos a través de la hilera de hilado, así como un
sistema de calentamiento del contenedor de extrusión.
El calibre de la boquilla o de las boquillas
corresponde a la sección deseada para el hilo.
Según una variante particularmente preferida de
la invención, la mezcla de polvos de estaño y de tungsteno es
sometida a un vacío parcial antes de ser extruida. Para ello, se
impone una presión reducida en el contenedor de extrusión que
contiene la mezcla, preferiblemente inferior a 100 mm Hg, con ayuda
de medios de bombeo apropiados y bien conocidos por el experto en la
técnica.
Se obtienen así hilos de mejor calidad, muy poco
porosos, que no presentan especialmente inclusión de aire.
Como se ha mencionado anteriormente, la
velocidad de hilado, medida a nivel de la boquilla, o de las
boquillas, de salida de la hilera, debe ser \leq 80 mm/s.
En caso contrario, se constata un mal estado de
superficie del hilo producido, desgarros a nivel de la interfase
estaño/tungsteno e incluso ruptura del hilo y/o aparición de
partículas fundidas.
De forma preferida, la velocidad de hilado está
comprendida entre 1 mm/s y 80 mm/s, mejor aún entre 5 mm/s y 60
mm/s.
Esta limitación de la velocidad de hilado
corresponde a una limitación del aporte de energía durante el
hilado. De forma preferida, la potencia de hilado desarrollada por
el pistón de la prensa es inferior a 150 W, por ejemplo comprendida
entre 10 W y 100 W, mejor aún entre 10 W y 70 W, por boquilla de
extrusión.
Según otra variante preferida de la invención,
la presión de hilado está comprendida entre 100 MPa y 300 MPa.
Se prefiere también operar con una razón entre
la sección del pistón y la sección total de las boquillas, llamada
razón de hilado, comprendida entre 80 y 250.
La velocidad del pistón de prensa es en general
inferior a 0,6 mm/s, preferiblemente comprendida entre 0,05 mm/s y
0,5 mm/s.
Según otra variante preferida de la invención,
la hilera no lleva convergente (hilera plana) y su alcance (espesor
correspondiente a la longitud del agujero de la boquilla) está
preferiblemente comprendido entre 5 mm y 15 mm.
Para obtener los elementos compuestos buscados,
especialmente granalla esférica, se corta el hilo obtenido en
trozos, más particularmente en cilindros que tienen,
preferiblemente, una longitud igual al diámetro del hilo, o próxima
a éste, y luego se matrizan estos elementos, preferiblemente a la
temperatura ambiente, para obtener la forma buscada.
Preferiblemente, y especialmente según la
variante preferida para la cual los trozos de hilos son cilindros
cuya longitud está próxima o es igual al diámetro del hilo, este
matrizado permite obtener esferas, o pseudoesferas que son luego
rectificadas al estado de esferas, cuyo diámetro está muy próximo o
es idéntico al del hilo.
Tales elementos esféricos están particularmente
adaptados para realizar cartuchos de caza o plomos de bajos de caña
para la pesca en fijo, con mosca o de látigo, especialmente plomos
hendidos.
Según otra variante preferida, también se pueden
obtener, por matrizado, a partir de trozos cilíndricos, por ejemplo,
elementos que tienen una forma ovoidea y un espesor próximo al
espesor o al diámetro del hilo.
Tales elementos ovoideos están particularmente
adaptados para su utilización como olivas de lastre para la pesca de
arrastre o la pesca de lanzamiento, especialmente olivas
hendidas.
Todas estas operaciones de corte y de matrizado
pueden ser efectuadas de manera continua, con ayuda de máquinas bien
conocidas por el experto en la técnica y especialmente utilizadas
para la realización de bolas para rodamientos de bolas.
El espesor de los elementos obtenidos es, en
general, idéntico o muy próximo al del hilo.
Según el espesor del hilo elaborado, se pueden
obtener, pues, elementos compuestos que tienen un espesor que puede
variar de 1 mm aproximadamente a 6 mm aproximadamente.
La presente invención tiene igualmente por
objeto el procedimiento antes citado de obtención del hilo, a
saber, un procedimiento de obtención de un hilo compuesto de
estaño-tungsteno a partir de una mezcla de polvos de
estaño y de tungsteno, caracterizado por ser extruida directamente
la mezcla de polvos, en estado sólido, en un hilo cuyo espesor está
comprendido entre 1 mm y 6 mm y por ser la velocidad de hilado
inferior o igual a 80 mm/s.
Los elementos compuestos de
estaño-tungsteno de poco espesor antes citados
pueden ser utilizados para otros fines distintos a la realización
de cartuchos de caza o de plomos de pesca, especialmente, y por
ejemplo, para realizar masas de equilibrado u objetos que pueden
hacer pantalla a las radiaciones ionizantes.
Dichas pantallas y masas pueden también ser
obtenidas a partir del propio hilo, sin que éste sea previamente
troceado.
Los ejemplos no limitativos siguientes ilustran
la invención y las ventajas que procura.
Ejemplos 1 a
6
El polvo de tungsteno y el polvo de estaño
utilizados tienen un diámetro medio de 30 \mum
aproximadamente.
Los polvos de estaño y de tungsteno son
mezclados en las proporciones mencionadas posteriormente para cada
ejemplo con ayuda de una mezcladora apropiada de tipo Forberg, a
temperatura ambiente (20ºC aproximadamente), durante aproximadamente
10 min., para obtener una mezcla homogénea.
La mezcla homogénea de los dos polvos es
entonces vertida en el contenedor de una prensa de extrusión. El
contenedor, de forma cilíndrica, lleva un pistón interno de diámetro
igual al diámetro interno del contenedor, a la tolerancia de ajuste
próxima, para poder asegurar el empuje de la mezcla hacia la
hilera.
Se utilizaron, para estos ejemplos, dos
diámetros diferentes de pistón-contenedor (30 mm y
40 mm). Este diámetro es precisado ulteriormente para cada
ejemplo.
El curso de desplazamiento del pistón (longitud
útil del contenedor) es de 70 mm.
La velocidad de desplazamiento del pistón de
hilado, impulsado por un dispositivo apropiado bien conocido por el
experto en la técnica, es precisada para cada ejemplo.
El contenedor está provisto, por una parte, de
un dispositivo (envuelta calefactora) que permite asegurar el
calentamiento de la mezcla de polvos que contiene, y, por otra, de
una toma de vacío asociada a una frita que permite establecer una
presión reducida en el contenedor lleno de la mezcla de polvos antes
de la extrusión.
La prensa de extrusión lleva también una hilera
plana cilíndrica (sin convergente) que tiene un alcance (espesor)
de 10 mm y que está equipada de una sola perforación cilíndrica
situada en posición central, cuyo diámetro de 2,6 mm o de 3,2 mm es
precisado para cada ejemplo.
la perforación de la hilera está en su salida
obstruida por un opérculo de aluminio para poder realizar un vacío
parcial en el contenedor.
El contenedor es entonces calentado y puesto a
vacío parcial hasta una presión reducida inferior a 80 mm Hg.
Tras el calentamiento a una temperatura
mencionada posteriormente para cada ensayo, y mantenimiento del
vacío parcial, durante 45 minutos aproximadamente, se procede a la
extrusión de la mezcla de polvos. El opérculo que obtura la
perforación de la hilera estalla por la presión ejercida.
La tabla siguiente precisa y resume las
condiciones operativas específicas para cada ejemplo.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Para todos estos ejemplos, se obtiene un hilo
que tiene las propiedades físicas y mecánicas siguientes:
Densidad medida por pesada y
medida de las
dimensiones
\vskip1.000000\baselineskip
- Ejemplo 1:
- 9,43
- Ejemplo 2:
- 9,69
- Ejemplo 3:
- 9,84
- Ejemplos 4 a 6:
- no medida
Las densidades medidas están próximas a la
densidad teórica. La densificación es \geq 95%.
\vskip1.000000\baselineskip
Muestran, para todos los ejemplos, una
orientación de los elementos en el sentido de la longitud del hilo.
Se constata una buena homogeneidad de distribución del tungsteno y
del estaño y ninguna o muy pocas inclusiones de gas.
El estado de superficie del hilo, para todos los
ejemplos, es muy satisfactorio. Es sin embargo, menos bueno para el
ejemplo 6, aún permaneciendo satisfactorio.
\vskip1.000000\baselineskip
Está cifrada por el ángulo de plegamiento del
hilo (ángulo barrido por las dos partes del hilo en el momento de
la ruptura)
\vskip1.000000\baselineskip
- Ejemplo 1:
- 80º
- Ejemplo 2:
- 60º
- Ejemplo 3:
- 60º
- Ejemplo 4 a 6:
- no medido.
Esta ductilidad es satisfactoria.
\vskip1.000000\baselineskip
Es practicada sobre una sección del hilo (dureza
a través) o sobre un corte del hilo en el sentido de la longitud
(dureza sentido largo)
\vskip1.000000\baselineskip
- Ejemplo 1:
- 13,52 (largo) y 13,03 (través)
- Ejemplo 2:
- 15,07 (largo) y 14,27 (través)
- Ejemplo 3:
- 14,87 (largo) y 15,23 (través)
- Ejemplos 4 a 6:
- no medido.
Esta dureza es satisfactoria.
Los hilos obtenidos para estos seis ejemplos
fueron luego cortados en cilindros cuya longitud es igual al
diámetro del hilo con ayuda de una máquina bien conocida por el
experto en la técnica para ejercer esta operación.
Los cilindros fueron entonces matrizados a
temperatura ambiente (20ºC aproximadamente) en esferas con un
diámetro aproximadamente idéntico al de los cilindros y del hilo,
con ayuda de una máquina también conocida por el experto en la
técnica para ejercer esta operación, especialmente en el campo de
los rodamientos de bolas.
\newpage
Se obtiene así, para los ejemplos 1, 4, 5 y 6,
granalla esférica de un diámetro de aproximadamente 3,2 mm y, para
los ejemplos 2 y 3, granalla esférica de un diámetro de
aproximadamente 2,6 mm.
Ejemplos comparativos A y
B
Estos ejemplos comparativos no forman parte de
la invención. Fueron realizados con el único fin de mostrar que la
selección de un cierto campo de velocidad de hilado según la
invención no es arbitrario, sino necesario para procurar el efecto
técnico buscado, a saber, la obtención de un hilo que tiene un
estado de superficie satisfactorio.
Los ejemplos 4 a 6 según la invención fueron
reproducidos, todo idéntico por lo demás, modificando la velocidad
del pistón de hilado y, por lo tanto, en consecuencia, la velocidad
de hilado esperado.
Para el ejemplo comparativo A, se impuso una
velocidad del pistón de hilado de 1 mm/s. La presión de hilado
medida es de 144 MPa.
La potencia de hilado es de 181 W.
La velocidad esperado de hilado es de 156 mm/s,
pero se constató que el hilo sale en trozos, lo que no resulta
deseable.
Para el ejemplo comparativo B, se impuso una
velocidad del pistón de hilado de 10 mm/s. La presión de hilado
medida es de 255 MPa. La potencia de hilado es de 3.200 W.
La velocidad esperada de hilado es de 1.560
mm/s, pero sólo aparecen partículas fundidas.
Claims (10)
1. Procedimiento de fabricación de elementos
compuestos de estaño-tungsteno que tienen un espesor
comprendido entre 1 mm y 6 mm a partir de una mezcla de polvos de
estaño y tungsteno, caracterizado por:
- -
- extruir directamente la mezcla de polvos, en estado sólido, en un hilo cuyo espesor está comprendido entre 1 mm y 6 mm,
- -
- ser inferior o igual la velocidad de hilado a 80 mm/s y
- -
- cortar el hilo obtenido en trozos que son luego matrizados para obtener la forma buscada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por presentar el hilo una sección circular y
por estar comprendido su diámetro entre 2 mm y 4 mm.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por extruir la mezcla de polvos de estaño y de
tungsteno a una temperatura comprendida entre 170ºC y 225ºC.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por someter la mezcla de polvos de estaño y de
tungsteno a un vacío parcial antes de ser extruida.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por estar comprendida la presión de hilado
entre 100 Mpa y 300 Mpa.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por estar comprendida la razón de hilado entre
80 y 250.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por estar comprendida la potencia de hilado
entre 10 W y 100 W.
8. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por tener los elementos compuestos una densidad
comprendida entre 9 y 12,5.
9. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por constituir los
elementos compuestos granalla esférica para cartuchos de caza o para
plomos de pesca.
10. Procedimiento según la reivindicación 1 de
obtención de un hilo compuesto de estaño-tungsteno a
partir de una mezcla de polvos de estaño y de tungsteno,
caracterizado por:
- -
- extruir directamente la mezcla de polvos, en estado sólido, en un hilo cuyo espesor está comprendido entre 1 mm y 6 mm y
- -
- ser la velocidad de hilado inferior o igual a 80 mm/s.
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